粘结材料桩复合地基固结沉降发展规律研究

摘要

近年来粘结材料桩复合地基在工程中得到了广泛的应用，但现有的固结沉降计算理论大多是基于刚性基础的研究成果，且未打穿软土层的研究较少，比较普遍的做法是采用总应力法分析得到最终变形，而不考虑变形和时间的关系。本文在现有复合地基固结理论研究的基础上，根据刚性基础和柔性基础下粘结材料桩复合地基的不同特点，分别开展相关研究。主要工作和创新成果如下:
　　(1)基于等应变假设，给出了能综合考虑桩体施工扰动以及地基中附加应力随深度和时间变化时，刚性基础下打穿软土层粘结材料桩复合地基固结控制方程，得到了荷载单级施加、附加应力沿深度线性分布的解析解，并对地基的固结性状进行了分析。
　　(2)基于等应变假设，采用成层地基一维固结理论，改进了加固层和下卧层间的渗流连续条件和孔压连续条件，考虑桩体施工扰动以及地基中附加应力随深度和时间变化，对刚性基础下未打穿软土层粘结材料桩复合地基固结问题进行了求解。分析表明，软土层相对打穿深度和上层土的渗透系数对复合地基固结速率的影响很大，而桩土模量比和井径比对固结速率的影响也受软土层相对打穿深度控制。
　　(3)采用有限元数值分析，分别考虑桩体打穿和未打穿软土层工况，研究路堤荷载下粘结材料桩复合地基固结性状，分析桩身刚度、桩体渗透性、桩间距、桩体长度和路堤加载时间等参数对地基沉降、固结、桩土应力比的影响规律。综合分析获得粘结材料桩复合地基固结沉降发展规律。研究表明，未打穿软土层复合地基中，桩体长度对地基沉降和固结特性的影响很大。随着桩体长度的增加，复合地基沉降明显减小，复合地基固结速度加快。
　　(4)通过土拱效应和拉膜效应，综合考虑上部路堤、加筋垫层、地基及桩体的相互作用，采用有限差分法求解地基固结，采用荷载传递法考虑桩土荷载传递问题，建立了路堤荷载下桩网复合地基半解析固结模型，并对路堤荷载下桩网复合地基固结性状进行了分析，研究了复合地基沉降、桩土荷载分担比等随时间的发展规律。分析表明，随着地基固结，桩体荷载分担比、桩身轴力会逐渐增大，中性点位置下移，当固结结束时趋于稳定。拉膜效应同样起到调整荷载分配的作用，忽略拉膜效应的影响，将会低估桩体的荷载分担比。在打穿软土层情况下，拉膜效应更加明显。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 散体材料桩复合地基固结理论研究现状

1．3 粘结材料桩复合地基固结理论研究现状

1．3．1 粘结材料桩复合地基变形理论

1．3．2 粘结材料桩复合地基固结解析理论研究

1．3．3 粘结材料桩复合地基固结数值理论研究

1．3．4 粘结材料桩复合地基固结试验研究

1．3．5 桩基础固结理论研究

1．4 本文的主要内容

第2章 刚性基础下粘结材料桩复合地基固结解析解

2．1 引言

2．2 控制方程推导

2．3 定解条件及方程求解

2．3．1 定解条件

2．3．2 方程求解

2．3．3 特例求解

2．4 粘结材料桩复合地基固结性状分析

2．5 本章小结

第3章 刚性基础下未打穿软土层粘结材料桩复合地基固结解析解

3．1 引言

3．2 控制方程推导

3．3 定解条件及方程求解

3．3．1 定解条件

3．3．2 方程求解

3．4 未打穿软土层粘结材料桩复合地基固结性状分析

3．5 本章小结

第4章 路堤荷载下粘结材料桩复合地基固结性状分析

4．1 引言

4．2 模型的假设及参数的确定

4．3 打穿软土层复合地基固结性状

4．3．1 打穿软土层复合地基沉降规律

4．3．2 打穿软土层复合地基超孔隙水压力变化规律

4．3．3 打穿软土层复合地基桩身轴力特点

4．3．4 打穿软土层复合地基影响因素分析

4．4 未打穿软土层复合地基固结性状

4．4．1 未打穿软土层复合地基沉降规律

4．4．2 未打穿软土层复合地基孔隙水压力变化规律

4．4．3 未打穿软土层复合地基桩身轴向应力特点

4．4．4 未打穿软土层复合地基影响因素分析

4．5 本章小结

第5章 路堤荷载下粘结材料柱复合地基固结半解析解

5．1 引言

5．2 桩网复合地基荷载传递机理

5．3 理论模型的建立

5．3．1 基本假定

5．3．2 路堤土拱效应分析模型影响

5．3．3 路堤拉膜效应分析模型

5．3．4 桩土荷载传递模型影响

5．3．5 地基土固结的差分求解

5．3．6 渗流连续条件修正

5．4 求解过程

5．4．1 基本方程

5．4．2 具体求解思路

5．5 桩网复合地基固结性状分析

5．5．1 桩体荷载分担比

5．5．2 地基沉降特性

5．5．3 地基固结特性

5．5．4 桩身轴力和桩侧摩阻力

5．5．5 等沉面高度

5．5．6 本文模型与有限元计算比较

5．6 本章小节

第6章 结论与展望

6．1 本文的主要结论

6．2 进一步工作的展望

参考文献

作者简介

作者攻读博士学位期间发表和录用的论文及专利